თბოცვლის მოდელირების გაუმჯობესება სისხლის მიმოქცევის გათვალისწინებით ადამიანის ქსოვილის ელექტრომაგნიტური ენერგიით დასხივებისას

ავტორი: ვერიკო ჯელაძე
თანაავტორები: რევაზ ზარიძე, მიხეილ პრიშვინი, ლალი ბიბილაშვილი
ანოტაცია:

ცნობილია ფაქტები, რომ რადიოსიხშირული (RF) და მიკროტალღოვანი (MW) გამოსხივება ახდენს გავლენას ცოცხალ ორგანიზმებზე პირდაპირი და ირიბი სითბური ეფექტების, და არასითბური ეფექტების სახით. სითბურ ეფექტები არის, მაგალითად, ლოკალური გადახურება. ელექტრომაგნიტური (ე.მ.) ველის შეღწევისას, ველის ენერგიის დიდი ნაწილი სითბოში გარდაიქმნება. ორგანიზმში მიმდინარე მეტაბოლური და თერმორეგულარიზაციის მექანიზმები ცდილობენ შეინარჩუნონ ნორმალური ტემპერატურა ქსოვილში და იცავენ მას გადახურებისაგან. მეორეს მხრივ, როცა სხეული მოთავსებულია გარე საკმარისად მაღალი სიმძლავრის ველში, დასხივებული ველის შთანთქმის შედეგად, ქსოვილში ტემპერატურა შეიძლება გაიზარდოს და გადააჭარბოს უსაფრთხოების ნორმას. მეორეს (არასითბურ ეფექტებს) მიეკუთვნება, მაგალითად, ე.მ. ველის ზემოქმედების შედეგად ცვლილებები უჯრედულ დონეზე. გარე ველში მოთავსებულ უჯრედში იცვლება დადებითი და უარყოფითი იონების კონცენტრაციის ფარდობა, რაც ცვლის უჯრედში იონების ტრანსპორტირების პროცესს. ორივე კლასის ეფექტებმა შეიძლება მოახდინონ როგორც დადებითი, ასევე უარყოფითი გავლენაც. მეტ-ნაკლებად მეცნიერულად შესწავლილ ბიოლოგიურ ზემოქმედებად ითვლება სითბური ეფექტები და დღემდე არსებული რეკომენდაციები ძირითადად ეფუძნება სითბური ეფექტებით გამოწვეულ შეზღუდვებს. არსებული სტანდარტები არ ითვალისწინებენ ე.მ. ველის ზემოქმედების არასითბურ ეფექტებს. ისინი გათვლილი არიან მხოლოდ სწრაფ ეფექტებზე და ასევე მხედველობაში არ იღებენ შესაძლებლობას, რომ საკმარისად დიდი დროის დასხივების შემთხვევაში, მომხმარებელი შეიძლება აღმოჩნდეს საფრთხის ქვეშ. ამ ორი ფაქტორის გათვალისწინება კი რთულდება იმითაც, რომ არ არსებობს საკმარისი ცალსახად დამადასტურებული ე.მ. ველის ზემოქმედების სტატისტიკა და საკმარისი ექსპერიმენტული მონაცემები. კვლევის მიზანია, ელექტრომაგნიტური ველის გავლენის შეფასება ამ ველის ქვეშ მყოფ ობიექტზე, კომპიუტერული მოდელირების საშუალებით. არაერთგვაროვან რთულ ობიექტებში ე.მ. ველების გამოთვლითი მეთოდი და პროგრამული კოდი ეფუძნება დროით არეში სასრული სხვაობების მეთოდის (FDTD) გამოყენებას მაქსველის განტოლებებისათვის. სითბური მოვლენების მოდელირება და ანალიზი - კი ბიო-სითბოს განტოლებას. კვლევა ეხება სითბურ ეფექტს, რომლის დროსაც ადგილი აქვს ქსოვილის ტემპერატურის მატებას. ამ ტემპერატურის შესაფასებლად საჭიროა მოვახდინოთ თბოცვლის მოდელირება ორგანიზმში მიმდინარე რეალური პროცესების გათვალისწინებით. კონკრეტულად კი, შევისწავლოთ რა გავლენას ახდენს სისხლის მიმოქცევა დასხივებით გამოწვეული სითბოს გადატანის პროცესში, ანუ თბოცვლისას. აღნიშნული საკითხის გადასაჭრელად, შეიქმნა თერმული პროცესების მოდელირების ახალი რიცხვითი მეთოდი ადამიანის ქსოვილის RF ენერგიით დასხივებისას. ის დაფუძნებულია ახალ ალგორითმზე, რომელიც მოიცავს რეალური სისხლძარღვების ქსელის აგებას, სისხლის დინების სიჩქარეთა განაწილების ახალ მოდელს და მიდგომას ბიო-სითბოს განტოლების ამოსახსნელად, ქსოვილში ცვლადი და საწყისი უცნობი სისხლის ტემპერატურის განაწილებისას (მოდიფიცირებული მოდელი). ალგორითმი აგებს დისკრეტულ სამგანზომილებიან მოდელს ორივე არტერიული და ვენური სისხლძარღვების ქსელისა და უწყვეტი სისხლის სიჩქარეთა ვექტორულ ველის ნებისმიერი ჩაკეტილი გეომეტრიისთვის, როგორსაც მოითხოვს ადამიანის სხეულის რთული ანატომია და სისხლის დინების წარმოდგენა. მომავალი სამუშაო განიხილავს შემდგომ განვითარებას ალგორითმისა და შემდგომ ინტეგრაციას ახალი თერმული სოლვერისა FDTDLab პროგრამული პაკეტის შემადგენლობაში.

მიმაგრებული ფაილები:

თბოცვლის მოდელირების გაუმჯობესება სისხლის მიმოქცევის გათვალისწინებით ადამიანის ქსოვილის ელექტრომაგნიტური ენერგიით დასხივებისას [ka]
Improved Numerical Modelling of Heat Transfer in Human Tissue Exposed to RF Energy according to blood flow [en]